激光添加剂制造过程中温度和熔池监测的研究

近年来，受各国高度关注的3D打印可以根据计算机三维模型通过激光逐层熔融成形实现复杂零件的直接近净成形，而无需任何模具和工件。该技术具有制造周期短，材料利用率高，工艺灵活性好等独特优势。它对制造业具有重要影响，在工业生产，航空航天，医疗和医疗领域具有广泛而重要的应用。然而，许多技术挑战阻碍了激光增材制造技术的广泛应用及其具有的巨大潜力。最大障碍之一是最终产品的质量检验，特别是在产品质量要求极高的领域，如航空。因此，在航空航天和医疗医疗领域，有必要监测和控制激光增材制造工艺。通过监控制造工艺，减少缺陷的发生，提高产品的尺寸精度和机械性能，最终达到提高产品质量的目的。目前，国内外许多研究人员正在全力研究激光过程监测。他们开发了许多可以监控激光增材制造工艺的系统。这些系统仅关注熔池物理参数的在线检测，并通过反馈控制检测和减少组件中的缺陷。激光监测过程主要分为两部分，一部分是数据采集，另一部分是数据处理。数据采集​​主要有两部分，即熔池的形状和熔池的温度。熔池的形状通常通过CCD相机或红外相机获得。熔池的温度通常由光电二极管或高温计测量。数据处理意味着测量数据被处理并传输到控制器，并且控制器更新系统的操作参数以有效地控制系统的操作过程，从而提高产品的质量。值得注意的是，控制器使用的控制方法很多，如传统的PID控制，模糊控制和神经网络控制等人工智能控制。最成熟的是传统的PID控制。目前的研究热点是各种人工智能控制方法。下面描述特定控制系统的工作过程和结果。实验过程是激光金属沉积实验，旨在通过控制提高产品的形状精度。图1是激光金属沉积实验过程图。通过实验可以发现，产品的尺寸精度与制造过程中的热辐射信号有很大的关系。当热辐射信号保持不变时，熔池的尺寸基本不变。熔池尺寸的稳定性将增加产品形状的尺寸精度。图2是激光金属沉积监测过程图，采用自适应PID控制方法，测得的热辐射信号输入到自适应PID控制器，控制器输出控制信号，控制信号加到激光发射器上调整激光功率使热辐射信号的强度保持基本恒定。熔池的外部尺寸和散热温度如图3和图4所示。比较两个图，可以看出使用控制系统的过程的热辐射信号相对稳定，基本上保持不变设定值2，对应于熔化。池的大小也是稳定的，熔池之间的最大和最小差异为0.1 mm，没有控制系统的过程的热辐射信号增加，相应的熔池尺寸增加，最大和最小熔池的差异为1.27毫米。产品的宏观地形如图5和图6所示。比较两个数字，显然使用控制系统的产品表面更光滑，高度和w宽度更均匀，宽度变化从63.6％减小到12.5％，可以看出这种自适应控制系统达到了提高产品形状精度的目的。当然，这只是激光监测过程的一个应用。针对不同的目标，如减少产品缺陷，提高产品疲劳强度和各种机械性能，研究人员提出了各种控制系统和控制方法。图5无控制系统产品的宏观外观图6使用控制系统产品的宏观外观目前的研究表明，控制系统与生产过程的集成非常复杂，测量工具和传感器的局限性，并且实时控制很难实现。许多因素尚未应用于实际的工业生产过程中。该研究仍处于发展阶段。我相信在不久的将来，随着研究的不断深入，激光增材制造监控技术将更加成熟和实用。应用。 （来源：激光制造网络）